Тепловое излучение — Википедия

Теплово́е излуче́ние — электромагнитные волны, испускаемые телами за счёт их внутренней энергии. Излучаются телами, имеющими температуру больше 0 К, то есть разными нагретыми телами, поэтому и называется тепловым. Имеет сплошной спектр, расположение и интенсивность максимума которого зависят от температуры тела. При остывании последний смещается в длинноволновую часть спектра[1].

Тепловое излучение испускают, например, нагретый металл, земная атмосфера, белый карлик[1][2], радиаторы охлаждения на космических аппаратах, аноды электронных ламп, обогреватели как масляные, так и инфракрасные.

Причиной того, что вещество излучает электромагнитные волны, является устройство атомов и молекул из заряженных частиц, из-за чего вещество пронизано электромагнитными полями. В частности, при столкновениях атомов и молекул происходит их ударное возбуждение с последующим высвечиванием. Характерной чертой является то, что при усреднении коэффициента излучения по максвелловскому распределению, начиная с энергий kT, в спектре начинается экспоненциальный завал.[3]

В случае, если излучение находится в термодинамическом равновесии с веществом, то такое излучение называется равновесным. Спектр такого излучения эквивалентен спектру абсолютно чёрного тела и описывается законом Планка. Однако в общем случае тепловое излучение не находится в термодинамическом равновесии с веществом, таким образом более горячее тело остывает, а более холодное наоборот нагревается. Спектр такого излучения определяется законом Кирхгофа.

Основные понятия и свойства теплового излучения[править | править код]

Энергетическая светимость тела[править | править код]

Энергетическая светимость тела  — физическая величина, являющаяся функцией температуры и численно равная энергии, испускаемой телом в единицу времени с единицы площади поверхности по всем направлениям и по всему спектру частот.

; Дж/(с·м²) = Вт/м2.

Спектральная плотность энергетической светимости[править | править код]

Спектральная плотность энергетической светимости  — функция частоты и температуры, характеризующая распределение энергии излучения по всему спектру частот (или длин волн):

Аналогичную функцию можно написать и через длину волны:

Можно доказать, что спектральная плотность энергетической светимости, выраженная через частоту и длину волны, связаны соотношением

Поглощающая способность тела[править | править код]

Поглощающая способность тела —  — функция частоты и температуры, показывающая, какая часть энергии электромагнитного излучения, падающего на тело, поглощается телом в области частот вблизи :

где  — поток энергии, поглощающейся телом,  — поток энергии, падающий на тело в области вблизи .

Отражающая способность тела[править | править код]

Отражающая способность тела —  — функция частоты и температуры, показывающая, какая часть энергии электромагнитного излучения, падающего на тело, отражается от него в области частот вблизи :

где  — поток энергии, отражающейся от тела,  — поток энергии, падающий на тело в области вблизи .

Абсолютно чёрное тело[править | править код]

Абсолютно чёрное тело — физическая абстракция (модель), под которой понимают тело, полностью поглощающее всё падающее на него электромагнитное излучение. Для абсолютно чёрного тела

Серое тело[править | править код]

Серое тело — это такое тело, коэффициент поглощения которого не зависит от частоты, а зависит только от температуры:

Объёмная плотность энергии излучения[править | править код]

Объёмная плотность энергии излучения —  — функция температуры, численно равная энергии электромагнитного излучения в единице объёма по всему спектру частот.

Спектральная плотность энергии[править | править код]

Спектральная плотность энергии —  — функция частоты и температуры, связанная с объёмной плотностью излучения формулой

Спектральная плотность энергетической светимости для абсолютно чёрного тела связана со спектральной плотностью энергии соотношением

.

Основные законы теплового излучения[править | править код]

Литература[править | править код]

  • Ташлыкова-Бушкевич И. И. Физика. Уч. пособие. В 2 ч. Ч. 2. Минск, 2008.

Примечания[править | править код]

  1. 1 2 М. А. Ельяшевич. Теплово́е излуче́ние // Физическая энциклопедия : [в 5 т.] / Гл. ред. А. М. Прохоров. — М.: Советская энциклопедия (т. 1—2); Большая Российская энциклопедия (т. 3—5), 1988—1999. — ISBN 5-85270-034-7.
  2. Белый карлик. Дата обращения: 18 июля 2013. Архивировано 25 декабря 2012 года.
  3. А. В. Засов, К. А. Постнов. Излучение абсолютного черного тела // Общая астрофизика. — С. 32.

Литература[править | править код]